基于87C196MH的車載逆變電源設(shè)計(jì)方案

DC/AC電路設(shè)計(jì)

　　車載逆變器主控芯片為Intel單片機(jī)87C196MH，由單片機(jī)87C196MH輸出6路互補(bǔ)SPWM信號(hào)為IPM提供驅(qū)動(dòng)脈沖，將400 V直流電源逆變?yōu)槿?30 V/50 Hz的交流電源，為機(jī)車電力設(shè)備供電，主控電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　當(dāng)單片機(jī)上電啟動(dòng)后首先經(jīng)歷一個(gè)軟啟動(dòng)過(guò)程，該過(guò)程中單片機(jī)主要完成檢測(cè)輸入電壓過(guò)欠壓、輸入電流過(guò)流和IPM電流過(guò)流故障。若無(wú)故障，則單片機(jī)根據(jù)輸出電壓反饋值調(diào)整SPWM的載波頻率和調(diào)制比，使輸出電壓穩(wěn)定。

　　當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定后，單片機(jī)啟動(dòng)缺相保護(hù)，檢測(cè)輸出電壓是否跌落。如果發(fā)生缺相故障，單片機(jī)將停止輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，并且點(diǎn)亮軟件故障指示燈。同時(shí)，當(dāng)逆變電路正常工作的同時(shí)，單片機(jī)繼續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)其他故障情況，一旦發(fā)生故障將停止輸出SPWM信號(hào)并點(diǎn)亮故障指示燈，進(jìn)入軟件保護(hù)狀態(tài)。這樣保證了逆變電源工作在安全狀態(tài)。

　　3.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)通過(guò)地址總線和數(shù)據(jù)總線分別控制片外EPROM和鎖存器，其中8位數(shù)據(jù)總線和14位地址總線的低8位分時(shí)復(fù)用。EPROM存放單片機(jī)程序，當(dāng)單片機(jī)上電后將運(yùn)行EPROM中的程序。鎖存器起到數(shù)據(jù)暫存作用，當(dāng)讀取EPROM某個(gè)地址中的程序時(shí)，先由單片機(jī)對(duì)EPROM進(jìn)行地址操作，然后通過(guò)鎖存器暫存地址總線的低8位，此時(shí)它們作為8位數(shù)據(jù)總線將選定地址中的程序送入單片機(jī)去執(zhí)行。

　　在控制系統(tǒng)中，單片機(jī)第46~48引腳對(duì)輸出三相電壓進(jìn)行采樣，第40引腳為外部參考電壓輸入，第62引腳為故障信號(hào)輸入，第30~35引腳為PWM輸出，第12~16引腳為高6位地址總線，第17~24引腳為低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線的復(fù)用總線。

　　單片機(jī)對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)故障信號(hào)。同時(shí)根據(jù)輸出電壓的反饋量調(diào)整SPWM的調(diào)制比，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。

　　3.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　圖4所示為驅(qū)動(dòng)電路，該電路的作用就是把單片機(jī)輸出的SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離并適當(dāng)放大，然后送到IPM模塊的相應(yīng)管腳，進(jìn)而控制IPM內(nèi)部IGBT的開通和關(guān)斷。光耦主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)主電路和控制電路之間的信號(hào)連接，滿足主電路和控制電路之間的電氣隔離。本設(shè)計(jì)中選用HP公司的光耦HCPL-4503，該芯片有效地起到信號(hào)隔離和電壓放大作用，完成驅(qū)動(dòng)IPM的目的。

　　4 實(shí)驗(yàn)研究

　　為了驗(yàn)證本系統(tǒng)控制策略的正確性，對(duì)本文所研制的車載逆變器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。車載逆變器帶阻性負(fù)載，實(shí)驗(yàn)樣機(jī)輸入DC電壓90 V~120 V;輸出AC電壓230 V，50 Hz;開關(guān)頻率3 kHz;最小輸出功率為880 W。

　　在測(cè)試實(shí)際波形的時(shí)候，用數(shù)字示波器測(cè)量L4981A的PWM輸出端，同時(shí)使用1:100的高壓差分探頭，測(cè)量直流輸出波形，在空載時(shí)對(duì)DC/DC的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形進(jìn)行采集如圖5所示。輸入110 V，PWM頻率27.66 kHz，占空比為8.45%，直流升壓輸出電壓為405 V。